第四章纺织纤维的内部结构
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纤维结构ppt课件
产生于极性分子与非极性分子之间 子
与温度有关
由相邻原子上的电子云旋转引起瞬 时的偶极矩而产生的。产生一切非
极性分子中。
0.2～2千卡/克分
子
与温度无关
大分子侧基（或部分主链上）极性 能量1.3～10.2千卡/克
基团之间的静电吸引力（如－NH， 分子距离2.3～3.2A 与
－COOH，－OH，－CONH等）
• 1. 常规合成纤维
• (1) 涤纶纤维 (PET)
A′－A－A……A－A－A〞或 A′－(A)n－A 〞 A ——单基； A′、A〞——端基； n ——聚合度；
.
常用纤维的单基
• 纤维素纤维：-葡萄糖剩基 • 蛋白质纤维：-氨基酸剩基 • 涤纶：对苯二甲酸乙二酯 • 锦纶：己内酰胺 • 丙纶：丙烯 • 腈纶：丙烯腈
.
• 单基的化学结构、官能团的种类决定了 纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色 性等，单基中极性官能团的数量、极性 强弱对纤维的性质影响很大。
❖ 聚集态结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小 、取向度、侧序分布等
❖ （形态结构）：纵横向几何形态、径向结构、表 面结构、孔洞结构等
.
一、纤维的大分子结构
• 纺织纤维除了无机纤维（玻纤、石棉 纤维、金属纤维）等外，绝大多数都 是高分子化合物（即高聚物）,分子量 很大。
.
1、单基（链节） m
定义： 构成纤维大分子的基本化学结构单元。
1) 定义：指纤维大分子在一定条件下， 通过内旋转或振动而形成各种形状的难 易程度的特性。
单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根 源。对于高聚物而言，其中的大分子链 的内旋转除了受分子内原子或基团相互 影响外分子间作用力也有很大影响。
.
第四章纺织纤维的内部结构
周的 侧基比较均衡，侧基之间的结合力小，
从而使链节容易绕主链键 旋转，大分子伸
直、弯曲容易，反之链节不易弯曲或伸直，
这 种特征叫做大分子柔曲性。大分子柔曲
性好，纤维弹性好，较易 变形。
返回
5.基原纤：几根直线链状的大分子 相互平行，按一定的距离，一定位相， 一定相对形状，结晶态的很细的分子束
6.微原纤：若干基原纤排列结合成 较粗的结晶态大分子束
若取向度f=60%--75% 高 结晶度r=40% 中 则高强低伸
八、锦纶 1.大分子结构：
2.大分子柔曲性好，易变形，做弹力丝容易 3.吸湿染色比涤纶好，因为极性基团多 4.结晶度低 5.取向度高（高拉伸） 6.强力伸长适中，耐磨性最好 7.不耐晒
九、腈纶 1.大分子结构空间螺旋形，使得分子不易靠拢
第四章纺织纤维的内部结 构
第四章 纺织纤维的内部结构
第一节 基本概念 第二节 各种纤维的内部结构 第三节 研究纤维结构的几种测试原理简介
第一节 基本概念
一、概念
1.单基：组成高聚的个数
4.大分子柔曲性：线性大分子，如果
主链上的原子键弹性好，侧基少，主链四
7.原纤：若干微原纤组成的由非晶 区间隔的结晶态的大分子束
8.巨原纤：原纤组成的大分子束 9.纤维：由巨原纤组成
10.大分子间的结合力 1）分子引力（范德华力）、静电
力、诱导力、色散力 2）氢键、极性基团
3）盐式键
4 ）化学键
二、大分子聚集状态 1.结晶态： ①分子排列规整 ②缝隙孔洞少
③吸湿困难 ④强力高 ⑤变形小 2.非晶态：与结晶态相反 取向度： f=0， f=1 大分子沿纤
于羊毛 3.结晶度、取向度高于羊毛 4.弹性比羊毛差，无α-型螺旋 5.强度高，伸长小，吸湿比羊毛小
纺织材料与检测课件——纺织纤维的内部结构
●定义
高聚物分子链开始运动或冻结的温度。
●玻璃化温度的使用价值
玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低温度。
●影响玻璃化温度的因素
高聚物的各种特征温度
升温速度
主链柔性
分子间 作用力
外力大小 作用时间
影响玻璃化 温度的因素
相对分 子质量
增塑剂
交联
共聚
END
范围：0.8×103～8.4×103J/mol
静电引力
高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量M、温度T的关系
Tf 过渡区 黏流态
T 高弹态
Tg
二、结晶态高聚物的物理状态 ●结晶态高聚物的形变-温度曲M线
玻璃态
高弹态、黏 流态及两者 之间的过渡 区均随相对 分子质量和 温度的增加 而变宽。
分子链近链端部 分链段内旋转
分子链侧链部 分链段内旋转
☆整个分子链的运动（重心发生位移） 条件：存在分子间或内的干扰和纠缠时，不能实现整个分子链的运动；
在溶液和熔融状态下，通过链段一方向的运动可以实现整个分子链的运动。
干扰点 纠缠点 存在干扰、纠缠时的整个分子链运动
溶液及熔融状态下的整个分子链运动
高低，位能越低越容易旋转。分子结构不同，位能不同，一般电负性大、取代基多或大， 位能越大。 0o 60o 120o 180o 240o 300o 360o θ
高分子链的内旋旋转本转质过与程小中分的子位一能般，变只化是σ键多，内旋转复杂高，分构子象多链。的内旋转
共轭双键 由于分子链整个形成共轭体系，造成旋转困难，故只有刚性而无柔性。如 聚乙炔 ～CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH～
纺织材料学——化学纤维成纤高聚物特征和化学纤维制造
第四章：化学纤维
喷射纺丝：纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速 气流喷吹，并进行高倍拉伸，使纤维直径小于 0.5-3μm，成超细纤维。 复合纺丝：由两种或两种以上纺丝液，按一定比 例，复合喷丝，形成多组分复合纤维。 异形纺丝：改变喷丝孔形状，得各种异性纤维。 高速纺丝：POY丝
第四章：化学纤维
（三）后加工 经过纺丝工序，高聚物已初具纤维形态，
第四章：化学纤维
二、细度： 在棉纤维细度一节中我们讲过：Nm、Tex、
D、M、d对于化纤除M不用外，剩下的全都可用。 （单丝、复丝的表示方法有区别）。 1．振动测量法：
有关细度测量方法已在棉纤维、毛纤维一 章中详细介绍，均适用于化纤。
第四章：化学纤维
介绍一种对化纤较适用的细度测量方法。 纤维两端夹持，由仪器在纤维上施加一横向振 动，使纤维产生共振，此时，可用下面的公式 计算：
由于是人工产品，所以其性能不象天然纤维那 样性能是天生的，有限的，而是可以人为改变 和控制的，可以制得各种不同性能的纤维，因 而在民用、工农业、交通运输，国防，医疗及 尖端科学领域等方面具有广阔的用途。
第四章：化学纤维
民用：大家很熟悉，强度高，比重轻，耐磨损， 不霉蛀，易洗快干等。
工农业：包装材料，传送带，渔网，绳索等。 交通运输：轮胎帘子线。 医疗：人造器管，缝合线，消毒纱布，卫生用
品 国防：炮衣，降落伞，军用帐蓬，各种防护服 宇航：耐辐射，耐高低温纤维，飞行服，宇宙
飞船减速器。
第四章：化学纤维
长久以来，为了满足人类穿着日益增长的需 要，人们一直在寻找更多的纤维材料来源。蚕丝 是自然界唯一可供利用的长丝，而且它的形成独 具一格——由液体状变成固体状。我国早在南宋， 就有记载，周去非的《岭外代答》一书记述，广 西某县枫树上有“食叶之虫”称做“丝虫”，它 的外形“似蚕而呈赤黑色”，每当五月（农历） 间“虫腹如蚕之熟”，当地人就捉回用醋浸渍， 然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝，一虫 可得丝长6-7尺，这种从野蚕身上抽丝的方法， 堪称是人类人工制丝技术最早的事实。
纺织材料学第四章_化学纤维(3)
普通粘胶纤维可纯纺也可混纺，一般作为 衣料（纯纺、混纺）、被面和装饰织物。
9
②高湿模量粘胶纤维
模量:衡量材料变形难易程度指标，值小材 料易变形。
截面近似圆形。我国商品名称为富强纤维 或莫代尔（modal），日本称虎木棉。
富强纤维
10Βιβλιοθήκη 莫代尔纤维是Lenzing（兰精公司）开发的高 湿模量的再生纤维素纤维。原料是产自欧洲的灌 木林，制成木质浆液后经过专门的纺丝工艺制作 而成，所以与棉一样同属纤维素纤维，具有生物 降解性，并且在纤维生产过程中不产生类似粘胶 纤维的严重污染环境问题，是21世纪的新型环保 纤维。
回潮率(%)
13
12.5
8
涤纶
1.7 40-52 40-52 44-45 44-45
0.5
Lyocell纤维
1.7 40-42 34-38 14-16 16-18 11.5
天丝纤维，拥有棉的“舒适性”、涤纶的
“强度”、毛织物的“豪华美感”和真丝的“独 特触感”及“柔软垂坠”，无论在干或湿的状态 下，均极具韧性。
粘胶纺丝液+凝固浴（硫酸、硫酸钠、硫酸锌)→ 纤维素再生形成纤维 根据纺丝工艺的不同，制得的粘胶纤维的性质不同。
4
3.粘胶纤维的结构特征 （1）化学组成
和棉的成分相同，主要成分为纤维素， 聚合度250-550（棉6000-15000）。 （2）形态结构
普通粘胶横向形态
不规则的锯齿形
普通粘胶纵向形态
1.概况 粘胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种，
也是最早研制和生产的化学纤维，其化学 组成与棉纤维相同。因制成的液体很粘， 称为粘胶。
3
2.制造流程 （1）纺丝液的制备
木材、甘蔗渣→纯净的纤维素（纤维素浆粕）→ 稀碱处理→碱纤维素 +CS2 纤维素黄酸酯 +NaoH → 粘胶纺丝液 （2）纺丝成形（湿法纺丝）
9
②高湿模量粘胶纤维
模量:衡量材料变形难易程度指标，值小材 料易变形。
截面近似圆形。我国商品名称为富强纤维 或莫代尔（modal），日本称虎木棉。
富强纤维
10Βιβλιοθήκη 莫代尔纤维是Lenzing（兰精公司）开发的高 湿模量的再生纤维素纤维。原料是产自欧洲的灌 木林，制成木质浆液后经过专门的纺丝工艺制作 而成，所以与棉一样同属纤维素纤维，具有生物 降解性，并且在纤维生产过程中不产生类似粘胶 纤维的严重污染环境问题，是21世纪的新型环保 纤维。
回潮率(%)
13
12.5
8
涤纶
1.7 40-52 40-52 44-45 44-45
0.5
Lyocell纤维
1.7 40-42 34-38 14-16 16-18 11.5
天丝纤维，拥有棉的“舒适性”、涤纶的
“强度”、毛织物的“豪华美感”和真丝的“独 特触感”及“柔软垂坠”，无论在干或湿的状态 下，均极具韧性。
粘胶纺丝液+凝固浴（硫酸、硫酸钠、硫酸锌)→ 纤维素再生形成纤维 根据纺丝工艺的不同，制得的粘胶纤维的性质不同。
4
3.粘胶纤维的结构特征 （1）化学组成
和棉的成分相同，主要成分为纤维素， 聚合度250-550（棉6000-15000）。 （2）形态结构
普通粘胶横向形态
不规则的锯齿形
普通粘胶纵向形态
1.概况 粘胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种，
也是最早研制和生产的化学纤维，其化学 组成与棉纤维相同。因制成的液体很粘， 称为粘胶。
3
2.制造流程 （1）纺丝液的制备
木材、甘蔗渣→纯净的纤维素（纤维素浆粕）→ 稀碱处理→碱纤维素 +CS2 纤维素黄酸酯 +NaoH → 粘胶纺丝液 （2）纺丝成形（湿法纺丝）
《纺织材料学》第五版网课题库附答案
第一章：纤维的结构1.大分子中的单基结构会影响纤维的哪些的性能（ABCD）A.耐酸性B.染色性C.吸湿性D.耐光性2.初生纤维的断裂强度可以通过拉伸工序提高，这是由于结晶度得到提高。
×（拉伸工序是取向度的提高。
）3.羊毛纤维是多细胞纤维，所以不存在原纤结构。
×（只要是纤维基本具备原纤结构，但具备完整的原纤结构的只有棉、毛纤维，合成纤维都不具有完整的原纤结构）4.（识记）纺织纤维的结晶度越高，纤维力学性能越好。
×（结晶度越高，纤维力学性能是越好，但是如果过高就会力学性能变差，就会成为脆性纤维，所以不是结晶度越高越好。
）第二章：纺织纤维的形态及基本性质5.其他条件不变，纤维越细，细纱强度（）DA.没有规律B.越低C.不变D.越强6.纤维越长，纱线中的毛羽（）CA.越多B.没有规律C.越少D.没有关系（在保证纺纱具有一定强度下，纤维越长，整齐度高，则可纺纱线性好，细纱条干均匀度好，纱面表面光洁，毛羽较少。
）7.纤维和纱线的特数越高，（）AA.细度越粗B.长度越短C.细度越细D.长度越长（线密度、纤度是正相关，公制支数是负相关。
）8.纺纱工艺设计时使用主体长度。
×（纺纱工艺设计使用品质长度作为参考参数。
）第三章：植物纤维9.（1）棉纤维的长度仅取决于纤维品种。
×（纤维的化学组成、物理性质和长度大小主要取决于生长的部位和本身结构）（2）棉纤维长度较长，即使有较多短绒，也不影响纱线条干均匀度。
（只要短绒的存在就会影响条干均匀度）（3）棉纤维越细，所纺纱线越细，条干均匀度越好，但纱线强力不好。
（纤维越细，所纺纱线越细，条干均匀度越好，纱线强力也会越好，因为细纤维间抱合力大，增加纱线的断裂强力）（4）（识记）棉纤维的成熟系数大小仅与次生层厚度有关。
√（5）正常成熟时，长绒棉成熟度系数比细绒棉的成熟度系数低。
×（两种不同品种的纤维成熟度没有可比性）（6）棉纤维成熟度系数越高，纤维强力越高，有利于成纱条干均匀度。
纤维化学与物理
三、羊毛纤维的近程结构
四、羊毛纤维的远程结构
羊毛蛋白的分子一般具有α螺旋构象(主要存在于低硫蛋白的多肽链中)
构象变化：α构象向β构象转变 拉伸倍数>20%--开始转变 拉伸倍数>35%--明显转变 拉伸倍数>70%--完全转变（如能形成新的稳定的交联键则构象
变化不可逆）
五、羊毛的聚集态结构
皮质细胞、微原纤和基原纤模型图
第五章 蛋白质纤维
蛋白质纤维Hale Waihona Puke 分类第一节 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成及分子结构概况
1.元素组成 蛋白质是有机含氮高分子物，分子量很高，结构复杂，但是，
组成蛋白质的元素为：
主要元素：C、H、O、N 其他元素：S、P 微量元素：Fe、Cu、Zn、I 2. 氨基酸组成
蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸，而且在水解 过程中羧基与氨基又是等当量增加的，因此蛋白质的基本 组成单位是氨基酸。
二、蚕丝的组成和结构
1、蚕丝的组成
蚕丝主要由丝素与丝胶两部分组成，它们占茧丝总重量的90%以 上，此外还含有少量的无机物、脂腊、色素和碳水化合物。
2、丝素的结构 （进程、远程、聚集态结构）
丝素原纤的结构
3、丝胶的结构
三、蚕丝的主要性能
1、吸湿性 吸湿性比较高，吸湿后纤维膨胀，直径大幅增加，蚕丝遇水迅速
1、分子式(C6H10O5)n
2、结构式：
结构描述：
（1） 多糖类（碳水化合物）
（2）高分子物
（3）由β-d-葡萄糖剩基彼此以1,4甙键连结而成 ，相邻 两个剩基相互扭转180度，大分子对称性良好，结构规整。
（4）含有大量羟基，可发生醇类的反应。分子间可形成 氢键。纤维素分子中的每一个葡萄糖剩基上有三个自由羟 基，2、3位上接两个仲醇羟基，6位上接伯醇羟基。
四、羊毛纤维的远程结构
羊毛蛋白的分子一般具有α螺旋构象(主要存在于低硫蛋白的多肽链中)
构象变化：α构象向β构象转变 拉伸倍数>20%--开始转变 拉伸倍数>35%--明显转变 拉伸倍数>70%--完全转变（如能形成新的稳定的交联键则构象
变化不可逆）
五、羊毛的聚集态结构
皮质细胞、微原纤和基原纤模型图
第五章 蛋白质纤维
蛋白质纤维Hale Waihona Puke 分类第一节 蛋白质的基础知识
一、蛋白质的化学组成及分子结构概况
1.元素组成 蛋白质是有机含氮高分子物，分子量很高，结构复杂，但是，
组成蛋白质的元素为：
主要元素：C、H、O、N 其他元素：S、P 微量元素：Fe、Cu、Zn、I 2. 氨基酸组成
蛋白质完全水解的最终产物是氨基酸，而且在水解 过程中羧基与氨基又是等当量增加的，因此蛋白质的基本 组成单位是氨基酸。
二、蚕丝的组成和结构
1、蚕丝的组成
蚕丝主要由丝素与丝胶两部分组成，它们占茧丝总重量的90%以 上，此外还含有少量的无机物、脂腊、色素和碳水化合物。
2、丝素的结构 （进程、远程、聚集态结构）
丝素原纤的结构
3、丝胶的结构
三、蚕丝的主要性能
1、吸湿性 吸湿性比较高，吸湿后纤维膨胀，直径大幅增加，蚕丝遇水迅速
1、分子式(C6H10O5)n
2、结构式：
结构描述：
（1） 多糖类（碳水化合物）
（2）高分子物
（3）由β-d-葡萄糖剩基彼此以1,4甙键连结而成 ，相邻 两个剩基相互扭转180度，大分子对称性良好，结构规整。
（4）含有大量羟基，可发生醇类的反应。分子间可形成 氢键。纤维素分子中的每一个葡萄糖剩基上有三个自由羟 基，2、3位上接两个仲醇羟基，6位上接伯醇羟基。
常用纺织纤维的结构和性能课件
苷键水解催化
酸性愈强，水解愈快 浓度愈大，水解愈快 温度愈高，水解愈快 时间愈长，水解愈严重 结构愈疏松，水解愈快
中和：过剩的碱 加强漂白：含氯氧化剂 蝉翼纱、烂花织物
（3）氧化剂的作用
一般不受还原剂的影响 氧化纤维素
伯羟基 → 醛基 → 羧基 仲羟基 → 酮基 → 开环的醛基和羧基 半缩醛基 → 羧基
O
Serine (16%)
C H2 C H2 C H2 N H C H C H2 C n
O
Tyrosine (11%)
丝素分子链的构象
丝素的性质
耐热性
好，100℃，强力无影响
溶胀和溶解性
水中，直径增加16%~18%，长度1.2% 不能溶解，水只能进入无定形区 钠、锌、镁、钾强酸盐类，溶解 铁、铝、钙、铬盐类，增重
结晶度
棉70%，麻90%，丝光 棉50%，黏胶40%
取向度（取向因子）
陆地棉0.62，苎麻0.97， 普通黏胶0.54
缨状原纤结构模型
分子结构对力学性能的影响
聚合度高，强力高 结晶度，强力高
麻>棉>黏胶
取向度高，强力高
顺应排列，次价键力增高 改善受力情况
棉和丝光棉 化学纤维纺丝过程中的拉伸
具有良好的化学惰性，保护羊毛内层组织， 具有耐碱、氧化剂、还原剂和蛋白酶的功 能
羊毛缩绒性
皮质层
决定羊毛的主要物理、机械和化学性能 皮质层由角朊蛋白组成，由近20种氨基酸
组成，其中最为特殊的是含量高达14％以 上的胱氨酸（二硫键） 存在两种皮质细胞：正皮质和副皮质细胞 部分皮质层可能存在天然色素
结晶度对染色性能的影响
染液只能进入无定形区和晶区的边缘 高：染料平衡吸附量少，得色浅淡 低：染料平衡吸附量多，得色深浓 棉和丝光棉
酸性愈强，水解愈快 浓度愈大，水解愈快 温度愈高，水解愈快 时间愈长，水解愈严重 结构愈疏松，水解愈快
中和：过剩的碱 加强漂白：含氯氧化剂 蝉翼纱、烂花织物
（3）氧化剂的作用
一般不受还原剂的影响 氧化纤维素
伯羟基 → 醛基 → 羧基 仲羟基 → 酮基 → 开环的醛基和羧基 半缩醛基 → 羧基
O
Serine (16%)
C H2 C H2 C H2 N H C H C H2 C n
O
Tyrosine (11%)
丝素分子链的构象
丝素的性质
耐热性
好，100℃，强力无影响
溶胀和溶解性
水中，直径增加16%~18%，长度1.2% 不能溶解，水只能进入无定形区 钠、锌、镁、钾强酸盐类，溶解 铁、铝、钙、铬盐类，增重
结晶度
棉70%，麻90%，丝光 棉50%，黏胶40%
取向度（取向因子）
陆地棉0.62，苎麻0.97， 普通黏胶0.54
缨状原纤结构模型
分子结构对力学性能的影响
聚合度高，强力高 结晶度，强力高
麻>棉>黏胶
取向度高，强力高
顺应排列，次价键力增高 改善受力情况
棉和丝光棉 化学纤维纺丝过程中的拉伸
具有良好的化学惰性，保护羊毛内层组织， 具有耐碱、氧化剂、还原剂和蛋白酶的功 能
羊毛缩绒性
皮质层
决定羊毛的主要物理、机械和化学性能 皮质层由角朊蛋白组成，由近20种氨基酸
组成，其中最为特殊的是含量高达14％以 上的胱氨酸（二硫键） 存在两种皮质细胞：正皮质和副皮质细胞 部分皮质层可能存在天然色素
结晶度对染色性能的影响
染液只能进入无定形区和晶区的边缘 高：染料平衡吸附量少，得色浅淡 低：染料平衡吸附量多，得色深浓 棉和丝光棉